基于返回器组件的着陆力学环境分析方法

摘要

本发明涉及一种基于返回器组件的着陆力学环境分析方法，属于深空探测技术领域。基于返回器组件的着陆力学环境分析方法：首先，建立返回器软着陆的非线性有限元模型，然后对模型进行非线性有限元求解，得到返回器结构的动力学响应；在得到关心位置处的加速度响应后，采用递归数字滤波方法计算结构加速度响应的冲击谱，用于描述返回器着陆冲击的力学环境；最后采用包络谱的方法得到最大期望环境，用于制定设备的设计和测试条件。本发明可以快速针对不同仿真工况，进行不同工况冲击响应谱包络分析，得到包络后的冲击响应谱，包络曲线可以真实反应返回器有效载荷冲击响应中的最恶劣情况，并据此进行进一步优化。

主权项

基于返回器组件的着陆力学环境分析方法，其特征在于：具体步骤如下：步骤1：按照力学环境预示要求进行组件划分；将返回器划分为前端、侧壁、大梁、大底、大底加强梁五个组件；步骤2：组件的有限元建模；步骤2.1：提取步骤1中划分出的各组件的几何特征尺寸、组件安装位置和相邻组件间的装配关系；同时提取地球土壤的几何特征尺寸和相邻组件间的装配关系；并将提取的几何特征尺寸储存在以各组件名称命名的配置文件中，将组件安装位置和装配信息储存在装配配置文件中；步骤2.2：建立返回器组件及地球土壤的有限元模型：根据步骤2.1提取的几何特征尺寸，分别建立前端、侧壁、大梁、大底、大底加强梁和地球土壤的几何模型；根据有限元网格控制信息，即网格尺寸和网格类型信息，对各个几何模型划分有限元网格；然后依次对各个有限元网格赋予实际各组件和地球土壤结构对应的材料属性，分别建立各组件及地球土壤的有限元模型；步骤2.3：建立组装体模型：根据步骤2.1提取的各个组件的安装位置和装配关系，将步骤2.2建立的各组件及地球土壤的有限元模型安装到对应位置，然后建立相邻组件间的连接关系，形成组装体模型；步骤3：建立仿真工况配置文件，将仿真工况信息储存在仿真工况配置文件，根据工况数目的不同，建立每个仿真工况的配置文件；所述仿真工况信息包括包括返回器着陆状态的载荷及边界条件、仿真算法的积分步长和仿真时间；步骤4：建立仿真模型：根据步骤3内仿真工况配置文件内的仿真信息，在步骤2得到的返回器组装体模型上施加载荷和边界条件，选择仿真时间和积分步长，最终建立有限元软件的求解器能识别的输入文件；步骤5：有限元计算，将步骤4中得到的输入文件提交给有限元软件进行计算，得到仿真结果文件；步骤6：建立力学环境预示后处理配置文件，将组件名称和需要输出结果的有限元节点编号写入该文件中；步骤7：有限元结果提取；打开步骤5得到的仿真结果文件，根据步骤6的力学环境预示后处理配置文件提供的输出节点编号及其所在的组件名称，从步骤5得到的仿真结果文件中提取对应节点的加速度响应数据，将数据写入以组件名命名的文本文件并降该文件存储在对应工况的文件夹下；步骤8：着陆力学环境预示分析，采用加速度的冲击响应谱描述返回器的着陆力学环境；步骤8.1：建立存储冲击相应谱数据的文件夹，并在该文件夹下建立子文件夹，各子文件夹的名称为步骤1划分的组件所对应的名字；步骤8.2：采用递归数字滤波算法将步骤5得到的所有工况下的加速度响应数据转换为冲击响应谱，并将相同组件的冲击响应谱数据存储在步骤8.1所建立的以组件名字命名的子文件夹中；步骤8.3：将步骤8.2得到的同一组件上所有输出节点的冲击响应谱进行包络，该包络即为组件的着陆力学环境预示。